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高效診療試劑用于NIR-II熒光成像及安全激光功率條件下**光熱治療

時間:2021-12-24 11:05:18       瀏覽:963

具有近紅外二區(NIR-II, 1000–1700 nm)熒光成像和光熱治療功能的診療試劑在臨床前研究和臨床實踐中具有巨大的潛力,但是開發此類具有較高有效NIR-II亮度和優良光熱性能的診療試劑仍然具有挑戰性。


PTQ是一種主鏈具有給體-受體(D-A)交替結構的共軛聚合物。與文獻中常采用強缺電子單元(如苯并雙噻二唑,BBTD)為受體來構造NIR-II熒光材料的策略不同,PTQ利用共軛聚合物共軛長度長的優勢,采用缺電子能力較弱的TQ單元作為受體即可實現吸收和發射的紅移。為了使PTQ可以應用于生物醫療領域,該工作以DSPE-PEG2000為基質、采用納米共沉淀的方法將PTQ制備成納米粒子,并將之命名為L1057 NPs。L1057 NPs在980 nm處的消光系數為18 L g?1 cm?1,高于文獻中的報道(2–10 L g?1 cm?1);同時,L1057 NPs的最大發射峰值為1057 nm,其發射光譜絕大部分在近紅外II范圍內,且在NIR-II范圍內的熒光量子產率為1.25%。需要指出的是,有效NIR-II亮度由激發波長的消光系數、熒光量子產率、以及NIR-II范圍內發射光譜占全譜的比例這三者的乘積所決定。通過對比表明,L057 NPs的有效NIR-II亮度遠高于文獻中所報道的絕大多數有機NIR-II探針。

圖1. PTQ及L1057 NPs的結構示意圖、及其吸收和發射光譜

隨后,該工作通過NIR-II宏觀成像和顯微成像的方式驗證其NIR-II熒光成像性能驗證其活體成像能力。在小鼠全身血管成像中,能夠清晰顯示直徑約200微米的血管。在腦血管顯微成像中,即便是1.9微米的腦血管也能夠被清晰識別,具備較高的信噪比。對開顱鼠進行腦血管層析成像,在980 nm激發下最深能探測至900微米,且具有較高的空間分辨率。
圖2. L1057 NPs在全身血管(宏觀成像)及腦血管(顯微成像)NIR-II熒光成像中的應用

作為診療試劑,L1057 NPs在小鼠移植瘤模型上表明可以高效聚集在**位置,對**進行良好示蹤。根據美國激光安全使用國家標準,808 nm激光的最大允許曝光量(MPE)為0.33 W/cm?2,而980 nm激光的MPE則為0.72 W/cm?2。目前絕大多數有機NIR-II熒光探針進行光熱治療,均是利用808nm激光,再加上消光系數較低,導致所需激光功率密度遠高于MPE,致使臨床應用前景受限。L1057 NP不但具有較高的消光系數和光熱轉換效率(38%),還巧妙利用980 nm波長作為光熱治療激發光,展示出了比808 nm激光更為優異且安全的治療效果。
圖3. L1057 NPs在**成像中的應用

圖4. L1057 NPs在安全激光功率密度條件下的光熱治療

總之,L1057 NPs作為診療試劑具有如下優點:i)可在NIR-I和NIR-II范圍內激發;ii)作為熒光試劑,L1057 NPs可在非常溫和的條件下實現NIR-II、NIR-IIa甚至NIR-IIb熒光活體成像;iii)作為光熱試劑,以980 nm為激發波長,在MPE的條件下可有效抑制**生長。


論文鏈接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00043


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